Secci'on

Plantas de biogás en Alemania. Revisión y análisis

0000-0003-1853-1195Dr.C. Carlos M. Martínez-Hernández^I  , MSc. Yaser García-López^II  , 0000-0002-6718-1358Dr.Sc. Hans Oechsner^III 

^IUniversidad Central “Marta Abreu” de las Villas, Santa Clara, Villa Clara. Cuba.

^IILab. LABIOFAM. Santa Clara. Villa Clara, Cuba

^IIIUniversity of Hohenheim, State Institute of Agricultural Engineering and Bioenergy, Germany

RESUMEN

Teniendo en cuenta el auge de la producción porcina en Cuba y la importancia que tiene hoy en día el ahorro de combustible y la producción de alimentos con destino humano y animal; así como su obtención con los mínimos gastos y utilizando materias primas de procedencia nacional. Este trabajo se presenta en tres partes, en las cuales: primeramente, se describen las tecnologías y los métodos utilizados en Alemania para la producción de biogás utilizando plantas de gran formato que propician: generar calor, electricidad y un fertilizante orgánico. Una segunda parte donde se aborda las particularidades de estas plantas de biogás. Finalmente, una tercera parte donde se analiza su posible utilización en el caso cubano. Como resultado del mismo, se muestra el estado del arte en la utilización de instalaciones de biogás de gran formato a escala internacional y nacional, los cuales se utilizan para obtener calor, electricidad y biofertilizantes, minimizando los aspectos de contaminación medioambiental, lo cual está en correspondencia con la agenda de desarrollo sostenible de nuestro país para la década 2020-2030.

Palabras-clave: Instalaciones de biogás; producción de electricidad; calor y biofertilizantes

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con la Guía sobre el biogás. Desde la producción hasta el uso, 2013 (^{Guía sobre el biogás, 2013}). La tecnología de la planta para la recuperación del biogás (plantas de biogás) cubre un espectro muy amplio. Prácticamente no existen límites en términos de componente y de combinaciones de equipamiento. En consecuencia, aquí se utilizan ejemplos técnicos a manera de ilustración de los artículos específicos del equipamiento. Sin embargo, debe notarse que siempre es necesario hacer un análisis experto caso por caso de la conveniencia y adaptación de la capacidad de plantas y sistemas.

Contenido de materia seca del sustrato para la digestión: La consistencia del sustrato depende de su contenido de materia seca. Ésta es la razón para que se subdivida la tecnología de biogás en procesos de digestión húmeda y de digestión seca. La digestión húmeda usa sustratos de consistencia susceptible de bombeo. La digestión seca usa sustratos apilables. La Ley de Fuentes de Energía Renovable (EEG) de 2004, especifican un contenido de masa seca de al menos de 30% por masa en el material de alimentación y una tasa de carga orgánica de al menos 3,5 kg VS/ (m³∙d) en el digestor. El contenido de materia seca en el líquido del digestor en el proceso de digestión húmeda puede llegar hasta el 12% de la masa. Por regla general, se fija un límite de 15% de la masa para bombear el medio, pero la cifra es cualitativa y no es viable para todos los materiales de alimentación. Algunos sustratos que tienen una distribución de partículas finamente dispersadas y altas proporciones de sustancias disueltas se pueden bombear incluso cuando el contenido de materia seca llega al 20% de la masa. Este es el caso de los residuos de material de alimentación disperso descargado de transportes en tanques. Otros sustratos como cáscaras de frutas y verduras, en cambio, son apilables cuando el contenido de DM (MS) llega al 10 o 12% de la masa.

Tipo de alimentación: El régimen de carga o alimentación de la planta de recuperación de biogás determina en gran medida la disponibilidad de sustrato fresco para los microorganismos y tiene un efecto correspondiente en la generación de biogás. Se hace distinciones amplias entre la alimentación continua, semi-continua e intermitente.

Alimentación continua y semi-continua: Se puede hacer una distinción adicional entre los métodos de flujo continuo y una combinación de flujo continuo con tanque tampón. El método de alimentación que usa solamente el tanque tampón no se menciona aquí porque las actuales consideraciones económicas y de ingeniería de procesos virtualmente impiden su utilización, aunque todavía es mencionado en la literatura. En contraste con la alimentación continua, la alimentación semi-continua implica añadir al digestor un lote no fermentado de sustrato al menos una vez por día de trabajo. Existen ventajas adicionales en añadir el sustrato en varios lotes pequeños a lo largo del día.

En Alemania a finales del 2017, estaban en producción más de 8000 plantas de biogás de mediano y gran formato. Utilizando la co-fermentación de excretas vacunas y porcinas, con sustratos de origen agrícola, destacándose para estos fines variedades de maíz energético, previamente fermentado en silos de trincheras, subproductos de la industria alimenticias y residuales de cantina. De acuerdo con ^{Suárez et al. (2018)}, en los sectores del Ministerio de la Agricultura (MINAG), del Ministerio de la Industria Alimenticia (MINAL) y del Ministerio de la Industria Azucarera (AZCUBA), el potencial de diario de producción de biogás es de 674 609 m³, en lo cual destacan la producción porcina y avícola; este potencial significa una producción de energía de 1 477 394 MWh/año, equivalente a 132 856 t de diésel, cuya importación cuesta a Cuba 48 615 065 USD. Por otra parte, las emisiones evitadas por la sustitución de este combustible fósil por biogás se estiman en 440 778 t de CO_2eq/año.

En Cuba según el NTV, 2020, citado por ^{Oechsner et al. (2020)} existen 3000 plantas de biogás de pequeño formato y 70 plantas de mediano formato en los sectores estatales y privados. En su mayoría utilizan los residuales (excretas) de la producción porcina y vacuna en mono fermentación (excretas +agua sin la adición de otros sustratos). Debido al potencial de residuos existentes a nivel país (en la rama ganadera, avícola y porcina) se estima que es posible elevar la cifra en los próximos años hasta 7000 instalaciones de biogás. De lograrse lo anterior, se estaría apoyando el cumplimiento de la agenda del desarrollo perspectivos de las fuentes renovables de energía en el decenio 2020-2030 a escala de país, ya que Cuba tiene previsto mejorar su matriz energética dándole un 24% de participación a las fuentes renovables de energía en ese decenio.

La producción porcina de la provincia de Villa Clara se destaca a nivel nacional en esta actividad, en esta provincia se disponen más de 400 biodigestores de pequeño formato instalados a nivel estatal y privado, con el objeto de darle tratamiento a estos residuales y obtener biogás, sin embargo algunos problemas relacionados con la subutilización de las instalaciones de biogás, en cuanto a la producción de electricidad, el uso y disposición final de los efluentes y la poca utilización de estos como abonos orgánicos ha llamado la atención de las autoridades sanitarias del territorio. En trabajos anteriores de ^{Francesena (2016)}; ^{Martinez et al. (2017)}; ^{Martínez et al. (2017)}; ^{Martínez & Francesena (2018)}, 2018), se ha reflexionado sobre los parámetros de control y monitoreo de plantas de biogás de mediano y pequeño formato, el impacto ambiental provocado por los efluentes de estas plantas, el no cumplimiento de la norma cubana de vertimientos ^{NC-27:12 (2012)} y la subutilización de estos efluentes como bioabonos orgánicos. Ante la posibilidad de crear instalaciones de biogás de gran formato en el futuro, este trabajo tiene como objetivo presentar el estado del arte en esta temática.

DESARROLLO DEL TEMA

Este trabajo se ha elaborado tomando referencias bibliográficas enmarcadas en el período comprendido entre los años 1998 hasta 2020. Las fuentes fundamentales citadas son de origen alemán, aunque también se mencionan trabajos realizados en Cuba. Las localidades geográficas que aparecen en las citas están relacionadas con Alemania y Cuba respectivamente. Los criterios de selección tenidos en cuenta en este trabajo han estado relacionados con las tecnologías y usos de instalaciones de biogás de gran formato.

En Alemania se utilizan varios métodos para la producción de biogás. Algunos de estos se exponen a continuación:

Método de flujo continuo: En el pasado, la mayoría de sistemas de recuperación de biogás se construyeron para operar sobre el principio de flujo continuo. Se bombea sustrato varias veces al día de un tanque pre-digestor o de un pozo pre-digestor al reactor. La misma cantidad de sustrato fresco que se añade al digestor se expele o se extrae del tanque de almacenamiento de digestato (Figura 1).

Fuente: ^{Weiland & Rieger (2001)}.

FIGURA 1 Esquema del proceso de flujo continuo.  

Fuente: ^{Weiland & Rieger (2001)}.

FIGURA 2 Esquema del proceso combinado de flujo continuo/tanque tampón.  

Proceso de combinación de flujo continuo y tanque tampón: Las plantas de recuperación de biogás que operan sobre la base de la combinación de flujo continuo/tanque-tampón también emplean instalaciones de almacenamiento de digestato cubiertas. Esto permite que se capture y utilice el producto pos digestión del biogás. El tanque de almacenamiento de digestato funciona como un tanque tampón. La corriente arriba de la unidad de este tanque tampón que es parte de la planta es un digestor de flujo continuo. Si surge la necesidad de una gran cantidad de sustrato pre-digerido como fertilizante, se puede sacar sustrato del digestor de flujo continuo. La Figura 2 es una lista diagramática del proceso. El proceso permite una producción permanente de gas. El tiempo de estadía no puede determinarse con exactitud debido a la posibilidad de cortocircuitos del flujo en el digestor de flujos continuo (^{Weiland & Rieger, 2001}). Este proceso es el más avanzado en la actualidad. Los gastos de inversión para el tanque de almacenamiento del digestato pueden amortizarse a partir del ingreso del rendimiento extra de gas.

Alimentación intermitente: La alimentación intermitente, por lotes, implica llenar por completo el digestor con sustrato fresco y luego colocar un sello hermético. El material de alimentación permanece dentro del tanque hasta que pase el tiempo de estadía seleccionado, sin que se añada o elimine ningún sustrato durante este tiempo. Cuando el tiempo de estadía concluye, el digestor se vacía y se vuelve a llenar con un lote fresco de material de alimentación, con la posibilidad de que una pequeña proporción del digestato pueda quedarse como material semilla para inocular el sustrato fresco. El proceso de llenado del digestor de lote se acelera colocando un tanque de suministro, con un recipiente de almacenamiento de descargas para el mismo propósito en el lado de la salida. La alimentación intermitente por lotes se caracteriza por una tasa de producción de gas que cambia a lo largo del tiempo. La producción de gas comienza lentamente luego que se ha llenado el reactor, que alcanza un pico en algunos días (dependiendo del sustrato) y luego va disminuyendo continuamente. Como un digestor único no puede asegurar la constancia de producción de gas o la calidad de gas, tiene que adaptarse el llenado por etapas de varios digestores (método de llenado de lotes en batería) para que la producción neta sea más homogénea. Se mantiene con exactitud el tiempo de residencia mínimo (^{Weiland & Rieger, 2001}). Este proceso es el más avanzado en la actualidad. Los gastos de inversión para el tanque de almac. La alimentación por lotes de digestores únicos no es práctica. El principio de la alimentación de lotes en batería se utiliza para la digestión seca, lo que se conoce a veces como “garajes de digestores” o “digestores en cajas modulares”.

Número de fases del proceso y de etapas del proceso: Se entiende una fase del proceso como el medio biológico, fase de hidrólisis o fase de metanización con condiciones específicas del proceso tales como valor de pH y temperatura. Cuando ocurren la hidrólisis y la metanización en un tanque único, el término utilizado es gestión del proceso en fase única. Un proceso en dos fases es aquel en que la hidrólisis y la metanización ocurren en tanques separados. Etapa es el término que se utiliza para el tanque de proceso, independientemente de la fase biológica. En consecuencia, la configuración de la planta con un pozo pre-digestor, un tanque digestor y un tanque de almacenamiento de digestato, que se encuentra a menudo en la agricultura, es de fase única, pero en tres etapas. El pozo pre-digestor abierto como tal no es una fase separada en sí misma. El recipiente sellado de retención o recepción, por otro lado, se considera como una fase separada (fase de hidrólisis). Los digestores principales y secundarios pertenecen ambos a la fase de metanización. Generalmente, las plantas agrícolas de recuperación de biogás tienen un diseño de fase única o de dos fases, siendo las plantas de fase única las más comunes (^{Schulz & Eder, 2006}).

Ingeniería del proceso: En términos generales, independientemente del principio operativo, una planta de biogás agrícola puede subdividirse en cuatro pasos de procesamiento diferentes:

1. manejo del sustrato (entrega, almacenamiento, preparación, transporte y alimentación);

2. recuperación del biogás;

3. almacenamiento del digestato, tratamiento y esparcimiento en el campo;

4. almacenamiento, tratamiento y uso de biogás.

Los pasos individuales se muestran en mayor detalle en la Figura 3. Los cuatro pasos del proceso no son independientes entre sí.

Fuente: ^{Jäkel (1998)}.

FIGURA 3 Proceso general de recuperación del biogás.  

El vínculo entre los pasos dos y cuatro es particularmente estrecho porque el paso cuatro provee generalmente el calor que se necesita para el paso dos en el proceso. El tratamiento y uso del biogás que corresponden al paso cuatro se tratan por separado en el Capítulo 6. Mientras que en el Capítulo 10 se ocupa del procesamiento y tratamiento de digestato (Guía sobre el biogás. Desde la producción hasta el uso, 2013) en ^{Guía sobre el biogás (2013)}. La información a continuación se relaciona con la tecnología y las técnicas empleadas en los pasos 1, 2 y 3. La elección del equipo de procesamiento depende principalmente de la naturaleza de los sustratos disponibles. Los tamaños de todas las plantas y contenedores tienen que basarse en cantidades de sustrato. La calidad del sustrato (contenido de materia seca, estructura, fuente, etc.) es el factor determinante en términos de diseño de ingeniería de proceso. Dependiendo de la composición del sustrato, puede ser necesario eliminar sustancias que interfieren o humedecerlas con líquido extra para obtener una mezcla apta para bombeo. Si se utiliza sustancias que requieren higienización, el planeamiento tiene que permitir una etapa de higienización. Luego del pre- tratamiento, se traslada el sustrato al digestor donde se fermenta. Las plantas de digestión húmeda generalmente tienen un diseño de una o dos etapas y operan bajo el principio de flujo continuo. Un diseño en dos etapas consta de un digestor y un digestor secundario. El sustrato se mueve desde el primer digestor, el primario, al digestor secundario, donde las sustancias más resistentes pueden biodegradarse. Se almacena el digestato en tanques sellados de almacenamiento de digestato con extracción de biogás o tanques abiertos de digestato y luego generalmente se descarta esparciéndolo como fertilizante líquido en tierra agrícola. El biogás producido por la biodegradación del material de alimentación se almacena y purifica. Generalmente, se usa para combustión en una unidad combinada de calor y energía (CHP) para co-generar electricidad y calor. La Figura 4 muestra los componentes más importantes de la planta, los sub-ensamblajes y las unidades de una planta de recuperación de biogás agrícola de etapa única para co-sustratos con higienización.

De acuerdo con ^{Oechsner & Lemmer (2007)}, ya en el 2007 existían en Alemania 3500 plantas de biogás con capacidad para generar más de 1 GW de electricidad. Lo cual muestra claramente la política del gobierno Aleman en esta esfera, la cual le reporta además de electricidad, calor y fertilizante orgánico.

Estas plantas pueden operar en régimen mesofílico (37-42 ⁰C) o termofilico (46-55 ⁰C), en mono fermentación y co-fermentación, siendo estas últimas las más utilizadas. Según (^{Oechsner & Lemmer (2007)}, la co-fermentación tiene las siguientes ventajas: optimiza la relación C/N, incrementa el rendimiento de biogás, influye en la cantidad y calidad del biogás, estabiliza el proceso, agrega valor al tratamiento de los residuos, cierra el ciclo de los nutrientes. Como desventajas, estos autores plantean: riesgo de introducir al sistema sustancias tóxicas (residuos industriales y municipales), organismos patógenos. Por tal motivo, cuando se utilizan este tipo de sustratos es necesaria una descontaminación de los mismos.

Fuente: (Instituto Leibniz para la Ingeniería Agrícola Potsdam-Bornim, ATB).

FIGURA 4 Esquema de una planta de recuperación de biogás agrícola para co-sustratos.  

En el continuo desarrollo, investigación e introducción de mejoras de estas plantas en Alemania han trabajado diferentes instituciones productivas y académicas, algunos de los méritos y fallas reportadas se reportan en el trabajo de ^{Schlegel et al. (2009)}. Estos autores plantean que: la sensibilidad de una planta de biogás capaz de generar hasta 500 kW-h/día de electricidad está dada en lograr una adecuada relación entre los siguientes factores: horas de funcionamiento diario, costo de la producción de biogás (cultivo de plantas energéticas, preparación de los sustratos y su transporte), costo de la inversión inicial, eficiencia de la planta y utilidad por la venta de la energía eléctrica). Así mismo ^{Schlegel et al. (2009)}, mencionan que los problemas más comunes se presentan en los conjuntos: motor-generador, aparatos removedores del sustrato, tuberías para la calefacción de los sustratos, aparatos de medición y control, cubierta plástica para retener, almacenar y evacuar el biogás producido. Estos autores analizan las horas de carga total por año, por día y la carga relativa en los años 2004 y 2005, obteniendo los valores que se presentan en la Tabla 1.

TABLA 1 Horas de carga total por año, por día y carga relativa Fuente: ^{Schlegel et al. (2009)}  

Años	Producción de electricidad por año	Producción diaria de electricidad	Horas de carga total por año	Horas de carga total por día	Carga relativa
	kWhel/a	kWhel/d	h/a	h/d	%
2004	2 537 593	6 952	5 106	14,0	58,29
2005	3 001 995	8 225	6 040	16,5	68,95

Del análisis de la Tabla 1, se infiere que la cantidad de horas de trabajo diario determinan la producción de electricidad y la carga relativa de estas instalaciones. De acuerdo con ^{Schlegel et al. (2009)}, en estas plantas el aparato removedor tiene las siguientes funciones: evitar capaz flotantes y sedimentadas, mezclar los sustratos frescos y los fermentados, homogenizar la temperatura de los sustratos y hacer fluir el biogás. Estos autores mencionan las siguientes posibilidades de optimizar el proceso: evitar averías del motor (riesgo por falta de suministro de calor), evitar el suministro de gran cantidad de sustratos fríos (riesgo de reducción de la temperatura), evitar averías en el aparato removedor (aparición de burbujas, riesgo de obstrucción de las tuberías) y suministrar energía externa al inicio del proceso.

En estas plantas se realiza un monitoreo constante de la cantidad de biogás producido, su contenido de metano, su contenido de dióxido de carbono, el contenido de azufre y está previsto la limpieza o desulfuración del biogás para impedir que este elemento ocasione daños y perturbación en el proceso de generación de electricidad, ya que el motor que acciona el generador trabaja con una parte del biogás obtenido en la planta.

Una planta de biogas de gran formato involucra un conjunto de instalaciones que dan lugar a un flujo tecnológico cerrado, en el cual la alimentación de los sustratos de origen animal y agrícola está interconectada con las instalaciones de los animales y silos tipo trinchera (bunker) donde se fermentan los sustratos agrícolas. Este conjunto de instalaciones debe poseer una infraestructura bien conectada con la maquinaria agrícola necesaria y específica para el acopio y procesamiento de los sustratos, producción de electricidad, calor; así como la destinada a la recolección y aplicación en las áreas de producción agrícola del biofertilizante obtenido (digestato). En la Figura 5, se muestra un esquema del proceso en este tipo de plantas (^{Lemmer, 2009}). Los datos técnicos de esta instalación son: Uso de sustratos fermentables: excreta líquida: 7,200 kg/día; excreta sólida: 3,500 kg/día. Uso de co-sustratos agrícolas: frutas de campo-GPS: 3,000 kg/día; Silage de hiervas: 1,500 kg/día; granos: 1,000 kg/día. Especificaciones de la instalación: Volumen de los fermentadores: 2 x 923 m³. Volumen del tanque de digestato procesado: 1 x 923 m³. Potencia eléctrica generada en la planta de biogás: 186 kilowatts-h. Potencia térmica generada: 207 kilowatts-h. El costo de este tipo de instalación oscila entre los 2 a 2,5 millones de Euros.

Fuente: (^{Biogasanlage "Unterer Lindenhof" Poster. Hohenheim University. Stuttgart, 2009}).

FIGURA 5 Maqueta de la planta de biogás “Unterer Lindenhof”.  

Por otra parte, las investigaciones a escala productiva y en centros de investigaciones permiten mantener estas instalaciones en constante cambio y desarrollo. Todo lo cual ayuda a optimizar estas plantas en los aspectos productivos y económicos. En trabajos recientes de ^{Oechsner et al. (2020)}, estos autores muestran algunos resultados obtenidos en la comparación de resultados obtenidos a escala de laboratorio con respecto a escala real, lo cual confirma que existe una adecuada transferibilidad de los resultados obtenidos a escala de laboratorio con respecto a los obtenidos a escala real, lo anterior permite una mejora y optimización de las plantas de biogás continuamente.

Tratamientos de los digestatos: El número y el tamaño de las plantas de biogás en Alemania están elevándose de manera abrupta según la Guía sobre el biogás. Desde la producción hasta el uso, 2013 (^{Guía sobre el biogás, 2013}). Las plantas de etapas múltiples tienden a exhibir un potencial de gas residual más bajo a 20 - 22 °C y a 37 °C. Esto se debe sobre todo al hecho de que una planta de etapas múltiples tiene un tiempo de retención más alto que tiene el efecto de reducir el potencial de gas residual. Debido al alto potencial de invernadero de CH₄ (1 g CH₄ es equivalente a 23 g CO₂), es deseable reducir o evitar las emisiones de CH₄ de los tanques de almacenamiento de digestato. Las plantas sin almacenamiento final a prueba de fugas de gas, además de la operación en etapas múltiples (cascada de digestores), satisfacen al menos uno de los siguientes requisitos:

• tiempo promedio de retención hidráulica del volumen del sustrato total de al menos 100 días a una temperatura continua a lo largo del año al menos de 30 °C o tasa de carga orgánica del digestor < 2.5 kg VS/m³∙d.

• El cálculo del volumen del sustrato debe tomar en cuenta todos los insumos en el (los) tanque (s) de digestión (incluyendo, por ejemplo, agua y/o recirculado). Si no se cumple con los requisitos mencionados anteriormente, se debe esperar que las emisiones de metano excedan los valores promedio. En dichos casos, es aconsejable reacondicionar el (los) tanque (s) de almacenamiento de digestato con un sello a prueba de fugas de gas por al menos los primeros 60 días de almacenamiento requerido de digestato. El (los) tanque (s) de almacenamiento de digestato deben cumplir con los siguientes requisitos: a) no debe haber control activo de la temperatura y b) el tanque debe estar conectado al sistema de transporte de gas. Se logra una prevención efectiva de emisiones de CH₄ del digestato cubriendo por los primeros 60 días de almacenamiento de digestato requerido porque, como se sabe por experiencia, la formación de metano en las condiciones prevalecientes en una planta del mundo real habrá culminado dentro de ese periodo.

Particularidades del caso alemán

De acuerdo con la Ley de Fuentes de Energía Renovable (EEG) de 2009, la cobertura de tanques de almacenamiento de digestato es un pre-requisito para recibir el bono NawaRo (cultivos energéticos) en los casos en los que se puede autorizar la planta de acuerdo con la Ley de Control de la Contaminación de Alemania. Esto incluye a todas las plantas cuya capacidad de combustión total excede 1 MW (equivalente a aproximadamente 380 kWel) o cuya capacidad de almacenamiento de bosta excede 2,500 m³. Aunque esto se aplica a todas las nuevas plantas, la interpretación de la Ley sigue estando en discusión respecto de las plantas existentes ya que, en muchos casos, el reacondicionamiento de tanque de almacenamiento de digestato no es posible o bien es posible solamente hasta cierto punto.

Utilización de plantas de biogás en Alemania

Como se muestra en el trabajo, esto es una tecnología madura y lista para poner en marcha. Existiendo varias empresas alemanas que se dedican a su instalación, puesta en marcha, asistencia técnica y servicios de garantía (postventa) durante su explotación.

Análisis del caso cubano. En Cuba varias instituciones científicas y Universidades a través del territorio nacional se han dedicado durante años al estudio de la tecnología del biogás. La misma fue introducida por primera vez en fecha tan temprana como 1985, sin embargo, en los últimos años se ha presentado un auge de la misma, motivado por la proliferación de convenios porcinos con productores privados, a los cuales se les exige un adecuado tratamiento de los residuales generados. En este aspecto se han conducido algunas investigaciones referido al uso de biogás (biodigestores), dentro de las cuales, se destaca las conducidas por ^{Guardado (2016)}, este autor ha creado un movimiento nacional de usuarias del Biogás en Cuba (MUB), la cual agrupa a productores estatales y privados que poseen biodigestores de mediano y pequeño formato. ^{Guardado (2016)}, plantea que es posible generar a partir de biogás 27 MW de electricidad en Cuba. Las tipologías constructivas de estos biodigestores son: de cúpula fija; de cúpula móvil y plásticos o flexibles. 15 provincias del país participan y alrededor de 3000 miembros pertenecen al movimiento de usuarios del biogás (MUB). ^{Guardado (2016)} , detalla los perjuicios y bondades de la tecnología de biogás dentro de las cuales señala: Perjuicios: contaminación de los cuerpos de agua, transmisión de enfermedades, deterioro de las condiciones higiénico- sanitarias, emisiones de carbono (CO₂) y metano (CH₄) a la atmosfera. Bondades: cocción de alimentos, iluminación, calentamiento, soldadura, incubación de huevos, transportación, motores de combustión interna, refrigeración, conservación de granos, piscicultura, riego, fertilización foliar, control de plagas, mejorador de suelo, abono orgánico, alimento animal, lombricultura y cultivo de hongos.

Factibilidad económico-ambiental del uso de plantas de biogás de gran formato.

ANALISIS. En Cuba hasta el presente no se utiliza la co-digestión de excretas de origen animal y biomasas de origen agrícola, los biodigestores existentes son de una sola etapa, de pequeño y mediano formato, utilizando la mono-fermentación (excretas porcinas o vacunas más agua). Los biodigestores cubanos de forma general están constituidos por: rampa para alimentar la biomasa (excretas más agua), pozo de carga, canal de estabilización, gasómetro, llave de paso y válvula para la salida del biogás, biodigestor (fermentador) y pozo de descarga de los efluentes. Las tipologías constructivas existentes en Cuba (cúpula fija, cúpula móvil y plásticos o flexibles) poseen un costo de alrededor de 1500 a 2000 $ (CUP)/m³ del volumen del biodigestor. Los biodigestores cubanos más generalizados oscilan entre 10-12 m³, aunque existen otros volúmenes superiores menos utilizados.

Los biodigestores instalados en Cuba no se pueden considerar como plantas de biogás, por no poseer toda la infraestructura necesaria para tal definición. Sin embargo, en Cuba hasta el presente solo se reportan una cantidad mínima de estudios sistemáticos referidos a biodigestores de gran formato. De los cuales los más significativos están ubicados en la Habana (vertedero de calle 100), biodigestor que utiliza los residuos sólido urbanos vertidos en ese lugar, para producir metano y dar energía a un motor que acciona un generador eléctrico posibilitando la producción y distribución de electricidad a la red eléctrica del territorio; en la empresa Agroindustrial de Guayos, Sancti Spíritus, se ha instalado un biodigestor de volumen igual a 740 m³, utiliza sustratos de un centro multiplicador porcino, cuatro unidades cunícolas, un matadero de cerdos, reses y aves y una planta procesadora de pescado. La potencia de generación eléctrica es de 1 MW-h. El biogás producido se comprime, se almacena en cilindros metálicos y se alimenta a motores de combustión interna que accionan generadores eléctricos de un grupo electrógeno. Los efluentes del proceso de biodigestión se vierten a una laguna de oxidación (estabilización), de la cual son tomados para ser utilizado como fertirriego en áreas de pasto utilizadas para la ceba estabulada de ganado vacuno. En Matanzas (municipio de Martí), se ha construido una planta de biogás con la tecnología laguna tapada, cuyas características técnicas son: capacidad de procesamiento 3854 m³/día, volumen de operación del biodigestor 1542 m³, volumen total del biodigestor 1850 m³, producción de biogás por día 771 m³, volumen de la laguna secundaria 617,92 m³, reducción de emisiones 5,39 teq/día CO₂, reducción de DBO_5, y DOO > 95%, generación diaria de electricidad 1,542 MW-h. En Cuba hasta el presente se aprecia una poca utilización de este tipo de biodigestores, por lo que se pudiera pensar: ¿Es posible introducir y utilizar las plantas de biogás de gran formato utilizadas en Alemania en Cuba? La respuesta a esta interrogante pudiera estar dada en la utilización de esta tecnología bajo un profundo análisis técnico y económico que pondere las ventajas y desventajas de su introducción en nuestro país, lo cual pudiera representar una importante oportunidad para obtener varias salidas productivas que involucran: la producción de energía eléctrica, calor y utilización de los efluentes de estas plantas como biofertilizantes y mejoradores de suelo; así como disminuir la contaminación ambiental que estos provocan al verterlos indiscriminadamente al medio ambiente. El desarrollo de cada una de estas tecnologías se basa en protocolos y normas, las cuales son de estricto cumplimiento de acuerdo con las leyes de inversión extranjera y los requisitos sanitarios que establecen en nuestro país, el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA); sin embargo, se hace necesario constar con la capacitación, financiamiento y el equipamiento necesario para poder decidir su posible factibilidad técnico-económica. En el caso cubano, esto pudiera ser factible ya que se cuenta con algunas de estas premisas, pero a criterio de este autor, las condiciones económicas actuales no estas dadas aun para este tipo de inversión, lo anterior no limita su estudio y constante aprendizaje para cuando el país disponga de la capacidad financiera necesaria, ejecutar y evaluar alguna variante de este tipo de instalación.

CONCLUSIONES

De acuerdo con lo reportado en las investigaciones precedentes, se puede concluir que:

• En el caso cubano, los biodigestores instalados en las granjas vacunas y porcinas a escala estatal y privada, utilizan de forma generalizada el método de tratamiento denominado: mono fermentación y son de pequeño y mediano formato. Los residuales de la producción de biogas (digestatos), tienen poco tratamiento y se utilizan muy poco como abono orgánico y mejorador de suelo.

• El trabajo muestra que para introducir en el país una planta de biogás de gran formato de tipología alemana, diversos factores deben ser ponderados y a juicio del autor, el país no está aún en condiciones de asumir semejante reto. No obstante es posible y pertinente disponer del conocimiento para en un futuro no lejano llevar a cabo alguna variante de este tipo de instalación y evaluarla en las condiciones reales de Cuba.

GRATEFULNESS

To the institutional project with code: (10667): "Effluents study (digestate) of biogas plant for their use as bio fertilizers”.

REFERENCES

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Recibido: 14 de Octubre de 2020; Aprobado: 20 de Septiembre de 2021

^*Author for correspondence: Carlos M. Martínez-Hernández, e-mail: [e-mail]